CN107346722A - 太赫兹返波管真空器件的排气方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太赫兹返波管真空器件的排气方法，其中，所述排气方法包括：1)将返波管置于排气台上进行排气前检漏；2)将检漏后的返波管排气至返波管内真空度达到第一预设值，返波管外真空度达到第二预设值时，按照预设升温曲线对返波管进行升温烘烤；3)将步骤2)中升温烘烤后的返波管经保温后，对返波管中的热丝引线进行加电操作至返波管内真空度达到第三预设值后，停止加电，至热丝引线上的电压降至零；4)待温度降至不高于60℃时，对返波管进行排气后检漏；5)将排气后的返波管封离。实现了能更大程度地排出返波管内部气体，使得返波管得到高真空工作环境，提高其工作可靠性和延长其使用寿命的效果。

Description

太赫兹返波管真空器件的排气方法

技术领域

本发明涉及太赫兹高频器件的生产制备领域，具体地，涉及太赫兹返波管真空器件的排气方法。

背景技术

太赫兹波(THz)是指频率在0.1THz到10THz范围的电磁波，其波长大概在0.03到3mm范围，介于微波与红外之间。在科研和民用方面微波、可见光、红外等技术已被广泛应用。但太赫兹技术发展滞后，究其原因主要在于缺少探测器和发射源。因此如何能有效地产生出高功率、高能量、高效率且能在常温环境下稳定运行的且宽带可调的太赫兹辐射源来，以及如何能将其方便、灵活地运用于日常的科研工作和实际生活中，已经成为科研工作者的追求目标和迫切需要解决的实际问题。

真空返波管振荡器是具有潜力的THz源之一，是一种利用电子注与慢波系统中的返波相互作用产生震荡的微波电子管，他是目前唯一能够在太赫兹频段中提供频率可调、连续波功率输出在1000～1mW的器件，它具有调谐快、工作稳定、功率大、效率高和相位稳定性极高的特点。同时与固态振荡器、量子级联激光、远红外气体激光、激光驱动THz辐射器等器件比较真空返波管THz振荡器具有功率体积比和功率重量比方面的绝对优势，可以实现小型化THz震荡源，已经得到世界在该领域内的研究兴趣。

因此，提供一种能更大程度地排出返波管内部气体，使得返波管得到高真空工作环境，提高其工作可靠性和延长其使用寿命的太赫兹返波管真空器件的排气方法是本发明亟需解决的问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明的目的在于提供一种能更大程度地排出返波管内部气体，使得返波管得到高真空工作环境，提高其工作可靠性和延长其使用寿命的太赫兹返波管真空器件的排气方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种太赫兹返波管真空器件的排气方法，其中，所述排气方法包括：

1)将返波管置于排气台上进行排气前检漏；

2)将检漏后的返波管排气至返波管内真空度达到第一预设值，返波管外真空度达到第二预设值时，按照预设升温曲线对返波管进行升温烘烤；

3)将步骤2)中升温烘烤后的返波管经保温后，对返波管中的热丝引线进行加电操作至返波管内真空度达到第三预设值后，停止加电，至热丝引线上的电压降至零；

4)待温度降至不高于60℃时，对返波管进行排气后检漏；

5)将排气后的返波管封离。

优选地，步骤1)之前还包括对返波管进行检查；

且对返波管进行检查至少包括用万用表检查返波管灯丝电路，和/或，

用兆欧表测量返波管电极间的电阻和绝缘情况。

优选地，步骤1)中将返波管置于排气台上包括：

用棉布蘸酒精擦拭排气台接口处的法兰盘和返波管的排管连接处，保证清洁；

将返波管的排气管连接处安放到排气台的法兰盘上，旋紧排气台的法兰盘螺帽直至支点，以密封法兰盘与返波管排气管连接处，保证冷封接真空气密性；

将排气台上的灯丝电源部件的导线与返波管的热丝引线连接好；

用棉布蘸酒精擦拭排气炉罩的密封连接处，保证清洁，降下排气台炉罩直至密封连接处。

优选地，步骤1)中检漏方法包括：

对排气台炉罩内进行排气至外真空度不高于1×10-1Pa；

对返波管内进行排气至内真空度不高于2.7×10-5Pa；

向排气台炉罩内充气，对返波管进行检漏。

优选地，所述升温烘烤为梯度升温烘烤。

优选地，步骤3)中保温温度为400-450℃，保温时间为5-10h。

优选地，步骤5)中封离过程包括：

将冷封钳放到排管上，让排管位于刀口中心，并使它们相互垂直，固定好返波管对其进行封离；

对排管封离处套上铜片并用镍铬丝固定，再涂上锡焊剂并放入装有熔融焊锡的坩埚中保持1-2秒，完成排管封接刀口浸锡。

通过上述技术方案，本发明通过对返波管经排气前检漏、升温烘烤、返波管中的热丝引线加电、排气后检漏以及封离排气台，从而使得经上述步骤排气后的返波管能更大程度地排除返波管内部的气体，使得其得到了高真空工作环境，进而提高了其工作可靠性，并延长了其使用寿命，同时该方法可重复性和一致性高，便于长期重复操作。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明提供了一种太赫兹返波管真空器件的排气方法，其中，所述排气方法包括：

1)将返波管置于排气台上进行排气前检漏；

2)将检漏后的返波管排气至返波管内真空度达到第一预设值，返波管外真空度达到第二预设值时，按照预设升温曲线对返波管进行升温烘烤；

3)将步骤2)中升温烘烤后的返波管经保温后，对返波管中的热丝引线进行加电操作至返波管内真空度达到第三预设值后，停止加电，至热丝引线上的电压降至零；

4)待温度降至不高于60℃时，对返波管进行排气后检漏；

5)将排气后的返波管封离。

上述设计通过对返波管经排气前检漏、升温烘烤、返波管中的热丝引线加电、排气后检漏以及封离排气台，从而使得经上述步骤排气后的返波管能更大程度地排除返波管内部的气体，使得其得到了高真空工作环境，进而提高了其工作可靠性，并延长了其使用寿命，同时该方法可重复性和一致性高，便于长期重复操作。

进一步优选的实施方式中，为了使排气及检漏效果更好，进一步避免重复劳动，提高操作的精确性，步骤1)之前还可以包括对返波管进行检查；

且对返波管进行检查至少包括用万用表检查返波管灯丝电路，和/或，

用兆欧表测量返波管电极间的电阻和绝缘情况。

步骤1)中将返波管置于排气台上的操作可以按照本领域常规方式进行操作，例如，在本发明的一种优选的实施方式中，为了提高操作的精确性，步骤1)中将返波管置于排气台上包括：

用棉布蘸酒精擦拭排气台接口处的法兰盘和返波管的排管连接处，保证清洁；

将返波管的排气管连接处安放到排气台的法兰盘上，旋紧排气台的法兰盘螺帽直至支点，以密封法兰盘与返波管排气管连接处，保证冷封接真空气密性；

将排气台上的灯丝电源部件的导线与返波管的热丝引线连接好；

用棉布蘸酒精擦拭排气炉罩的密封连接处，保证清洁，降下排气台炉罩直至密封连接处。

步骤1)中检漏方法可以根据实际需要进行选择，例如，一种优选的实施方式中，步骤1)中检漏方法可以选择为包括：对排气台炉罩内进行排气至外真空度不高于1×10-1Pa；对返波管内进行排气至内真空度不高于2.7×10-5Pa；向排气台炉罩内充气，对返波管进行检漏。当然，这里的排气和充气可以按照本领域常规方式进行操作，例如，充气操作可以为：关闭外真空的排气设备(机械泵或罗茨泵等)及外真空计，打开放气阀，对排气台炉罩室充入空气。

当然，这里对于检漏的方式可以根据实际情况进行判定及操作，例如，如果在充气时内真空度没有变差，可以判定返波管不漏气，则可以对返波管继续进行排气；如果在充气时内真空度气压升高变差，可以判定内真空排气系统漏气，就必须升起排气台炉罩，重新旋紧法兰盘螺帽，密封法兰盘与返波管排气管连接处。如果重新密封后返波管的真空度变好，可以判定待排气返波管不漏气，降下排气台炉罩直至密封连接处，继续对返波管进行排气；如果重新密封后返波管的真空度仍没有改变，就必须从下到上依次给返波管所有焊接处涂上酒精寻找漏点(酒精检漏法，行业内公知的一种检漏方法)，如果判定为返波管漏气则需返修处理。

进一步优选的实施方式中，所述升温烘烤可以为梯度升温烘烤。即具有多个第一预设值和第二预设值，且每个第一预设值与其中一个第二预设值一一对应，形成为预设值组，当达到一个预设值组时，进行一次升温烘烤，并达到一个温度，而后再达到下一个预设值组时，进行下一次升温烘烤，并达到下一个温度，以此类推。

进一步优选的实施方式中，步骤3)中保温温度为400-450℃，保温时间为5-10h。

步骤4)中检漏也可以按照步骤1)中检漏方式进行操作。同样地，对于检漏中出现不同的问题，可以根据情况具体对待，例如，如果在充气时内真空度没有变差，可以判定返波管不漏气，则继续后续步骤；如果在充气时内真空度气压升高变差，可以判定返波管漏气，则必须用上述所述的酒精检漏法细心寻找并确定返波管漏气的确切位置，然后用堵漏剂涂覆漏气处。堵漏结束后重新降下排气台炉罩，按照前述方法重新对外真空排气并升温烘烤至300℃保温2小时，升温速率≤80℃/小时，使堵漏剂固化，在保温时将灯丝电流在30分钟内缓慢加到工艺规定的电流最大值，并保持1小时。结束后关闭灯丝及烘烤加热电源，排气台炉罩降温至60℃以下时，重复操作返波管排气后检漏处理操作步骤，直至返波管堵漏完成。

进一步优选的实施方式中，步骤5)中封离过程包括：将冷封钳放到排管上，让排管位于刀口中心，并使它们相互垂直，固定好返波管对其进行封离；对排管封离处套上铜片并用镍铬丝固定，再涂上锡焊剂并放入装有熔融焊锡的坩埚中保持1-2秒，完成排管封接刀口浸锡。

以下通过具体实例进行说明。

(一)、返波管安装到排气台上之前进行检查操作步骤包括：

用万用表检查灯丝电路电阻应符合设计值范围规定，本实例340GHz返波管灯丝电阻为0.6±0.1欧姆；

用兆欧表测量返波管电极间的绝缘情况，电极间的电阻应符合设计范围规定，本实例340GHz返波管各电极间的电阻见下表：

电极名称	电阻值(MΩ)
		阴极与灯丝之间电阻	≥500
阴极、灯丝与阳极之间电阻	≥500

(二)、返波管安装到排气台上操作步骤包括：

用棉布蘸酒精擦拭排气台接口法兰盘和待排气返波管的排管连接处，保证清洁；

将返波管排气管连接处安放到排气台法兰盘上，旋紧法兰盘螺帽直至支点，以密封法兰盘与返波管排气管连接处，保证冷封接真空气密性；

将排气台上的灯丝电源部件的导线与管子上的热丝引线连接好；

用棉布蘸酒精擦拭排气炉罩的密封连接处，保证清洁，降下排气台炉罩直至密封连接处。

(三)、返波管排气前检漏处理操作步骤包括：

1、按排气台设备的操作规程操作，对排气炉罩室内(外真空)进行排气直至真空度达到1×10^-1Pa以下。

2、按排气台设备的操作规程操作，对待排气的返波管(内真空)进行排气直至真空度达到2.7×10^-5Pа后进行下步操作。

3、按排气台设备的操作规程操作，关闭外真空的排气设备(机械泵或罗茨泵等)及外真空计，打开放气阀，对排气台炉罩室充入空气，对返波管进行检漏。

按下列情况分别处理：

如果在充气时内真空度没有变差，可以判定待排气返波管不漏气，则重复本步骤第1步操作，继续对返波管进行排气；

如果在充气时内真空度气压升高变差，可以判定内真空排气系统漏气，就必须升起排气台炉罩，重新旋紧法兰盘螺帽，密封法兰盘与返波管排气管连接处。如果重新密封后返波管的真空度变好，可以判定待排气返波管不漏气，降下排气台炉罩直至密封连接处，重复本步骤第1步操作，继续对返波管进行排气；如果重新密封后返波管的真空度仍没有改变，就必须从下到上依次给返波管所有焊接处涂上酒精寻找漏点(酒精检漏法，行业内公知的一种检漏方法)，如果判定为返波管漏气则需返修处理。

(四)、返波管排气烘烤操作步骤包括：

1、判定返波管不漏气则重新对排气台炉罩室进行排气，接通外真空的排气设备(机械泵或罗茨泵等)直至气压达到1×10^-1Pa后，开通外真空分子泵；

2、等外真空达到1×10^-3Pa后，然后接通排气台加热器，按升温曲线规定设定排气台升温程控程序，开启对返波管进行升温烘烤。本实例340GHz返波管升温曲线工艺见下表：

(五)、返波管灯丝加电操作步骤包括：

当排气台炉罩室内温度升到420℃保温6h后，开启排气台上的灯丝电源开始给灯丝加电；

接通灯丝电源，并按工艺规定的电流值对管子灯丝进行加电操作，若加电过程期间返波管内真空度达不到工艺设定要求，则延长加电保持时间，直至满足返波管内真空度工艺设定要求。

本实例340GHz返波管灯丝加电工艺见下表(按电流值加电，电压值用电压表测量后进行记录)：

加电结束后，将返波管灯丝上的电压缓慢降为零，并切断灯丝电源。

(六)、返波管排气后检漏处理操作步骤包括：

当排气台炉罩室内温度降至60℃以下时，按照操作规程关闭外真空炉罩的排气设备(分子泵和机械泵或罗茨泵等)及外真空计，打开放气阀，对炉罩充入空气进行检漏。

按下列情况分别处理：

如果在充气时内真空度没有变差，可以判定返波管不漏气，则继续后续步骤；

如果在充气时内真空度气压升高变差，可以判定返波管漏气，则必须用上述所述的酒精检漏法细心寻找并确定返波管漏气的确切位置，然后用堵漏剂涂覆漏气处。堵漏结束后重新降下排气台炉罩，按照前述方法重新对外真空排气并升温烘烤至300℃保温2小时，升温速率≤80℃/小时，使堵漏剂固化，在保温时将灯丝电流在30分钟内缓慢加工艺规定的电流最大值2.95A，并保持1小时。结束后关闭灯丝及烘烤加热电源，排气台炉罩降温至60℃以下时，重复操作返波管排气后检漏处理操作步骤，直至返波管堵漏完成。

(七)、返波管封离排气台操作步骤包括：

将冷封钳放到排管上，让排管位于刀口中心，并使它们相互垂直，固定好返波管对其进行封离。

对排管封离处套上0.5mm厚的铜片并用镍铬丝固定，再涂上锡焊剂并放入装有熔融焊锡的坩埚中保持1-2秒，完成排管封接刀口浸锡。

至此完成返波管的排气工作。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种太赫兹返波管真空器件的排气方法，其特征在于，所述排气方法包括：

1)将返波管置于排气台上进行排气前检漏；

2)将检漏后的返波管排气至返波管内真空度达到第一预设值，返波管外真空度达到第二预设值时，按照预设升温曲线对返波管进行升温烘烤；

3)将步骤2)中升温烘烤后的返波管经保温后，对返波管中的热丝引线进行加电操作至返波管内真空度达到第三预设值后，停止加电，至热丝引线上的电压降至零；

4)待温度降至不高于60℃时，对返波管进行排气后检漏；

5)将排气后的返波管封离。

2.根据权利要求1所述的排气方法，其特征在于，步骤1)之前还包括对返波管进行检查；

且对返波管进行检查至少包括用万用表检查返波管灯丝电路，和/或，

用兆欧表测量返波管电极间的电阻和绝缘情况。

3.根据权利要求1或2所述的排气方法，其特征在于，步骤1)中将返波管置于排气台上包括：

用棉布蘸酒精擦拭排气台接口处的法兰盘和返波管的排管连接处，保证清洁；

将返波管的排气管连接处安放到排气台的法兰盘上，旋紧排气台的法兰盘螺帽直至支点，以密封法兰盘与返波管排气管连接处，保证冷封接真空气密性；

将排气台上的灯丝电源部件的导线与返波管的热丝引线连接好；

用棉布蘸酒精擦拭排气炉罩的密封连接处，保证清洁，降下排气台炉罩直至密封连接处。

4.根据权利要求1或2所述的排气方法，其特征在于，步骤1)中检漏方法包括：

对排气台炉罩内进行排气至外真空度不高于1×10^-1Pa；

对返波管内进行排气至内真空度不高于2.7×10^-5Pa；

向排气台炉罩内充气，对返波管进行检漏。

5.根据权利要求1或2所述的排气方法，其特征在于，所述升温烘烤为梯度升温烘烤。

6.根据权利要求1或2所述的排气方法，其特征在于，步骤3)中保温温度为400-450℃，保温时间为5-10h。

7.根据权利要求1或2所述的排气方法，其特征在于，步骤5)中封离过程包括：

将冷封钳放到排管上，让排管位于刀口中心，并使它们相互垂直，固定好返波管对其进行封离；

对排管封离处套上铜片并用镍铬丝固定，再涂上锡焊剂并放入装有熔融焊锡的坩埚中保持1-2秒，完成排管封接刀口浸锡。